ES2264158T3 - Aparato para realizar intervenciones quirurgicas cardiacas minimamente invasivas. - Google Patents

Aparato para realizar intervenciones quirurgicas cardiacas minimamente invasivas.

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ES2264158T3
ES2264158T3 ES97906691T ES97906691T ES2264158T3 ES 2264158 T3 ES2264158 T3 ES 2264158T3 ES 97906691 T ES97906691 T ES 97906691T ES 97906691 T ES97906691 T ES 97906691T ES 2264158 T3 ES2264158 T3 ES 2264158T3
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Darrin R. Uecker
Keith Phillip Laby
Jeff Wilson
Steve Jordan
James Wright
Modjtaba Ghodoussi
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Abstract

ESTA INVENCION ES UN SISTEMA (10) PARA LLEVAR A CABO PROCEDIMIENTOS CARDIACOS MINIMAMENTE INVASIVOS. EL SISTEMA INCLUYE UN PAR DE INSTRUMENTOS QUIRURGICOS QUE ESTAN ACOPLADOS A UN PAR DE BRAZOS ROBOTICOS (16, 18). LOS INSTRUMENTOS (22, 24) PRESENTAN EFECTORES FINALES QUE PUEDEN SER MANIPULADOS PARA SUJETAR Y SUTURAR TEJIDO. LOS BRAZOS ROBOTICOS ESTAN ACOPLADOS A UN PAR DE MANGOS MAESTROS (50, 52) MEDIANTE UN CONTROLADOR. LOS MANGOS PUEDEN SER MOVIDOS POR EL CIRUJANO PARA PRODUCIR UN MOVIMIENTO CORRESPONDIENTE DE LOS EFECTORES FINALES. EL MOVIMIENTO DE LOS MANGOS SE ENCUENTRA A ESCALA DE FORMA QUE LOS EFECTORES FINALES PRESENTAN UN MOVIMIENTO CORRESPONDIENTE QUE ES DIFERENTE, DE FORMA TIPICA A MENOR ESCALA, QUE EL MOVIMIENTO LLEVADO A CABO POR LAS MANOS DEL CIRUJANO. EL FACTOR DE ESCALA PUEDE AJUSTARSE DE FORMA QUE EL CIRUJANO PUEDE CONTROLAR LA RESOLUCION DEL MOVIMIENTO DEL EFECTOR FINAL. EL MOVIMIENTO DEL EFECTOR FINAL PUEDE CONTROLARSE POR UN BOTON DE ENTRADA, DE FORMA QUE EL EFECTOR FINAL SOLO SE MUEVE CUANDO EL BOTON ES OPRIMIDO POR EL CIRUJANO. EL BOTON DE ENTRADA PERMITE AL CIRUJANO AJUSTAR LA POSICION DE LOS MANGOS SIN MOVER EL EFECTOR FINAL, DE FORMA QUE LOS MANGOS PUEDEN MOVERSE HASTA UNA POSICION MAS COMODA.

Description

Aparato para realizar intervenciones quirúrgicas cardiacas mínimamente invasivas.
Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención
La presente invención se refiere a un sistema para realizar intervenciones quirúrgicas cardiacas mínimamente invasivas. Más particularmente, la presente invención se refiere a un sistema robótico y a los instrumentos quirúrgicos que pueden unirse de manera que se puedan extraer al mismo, en el que dicho sistema ayuda en la realización de intervenciones quirúrgicas mínimamente invasivas.
2. Descripción de la técnica relacionada
La obstrucción de una arteria coronaria puede privar al corazón de la sangre y el oxígeno requeridos para preservar la vida. La obstrucción puede eliminarse con medicación o mediante una angioplastia. Para la obstrucción grave de una arteria coronaria, se realiza un injerto de derivación de la arteria coronaria (IDAC) mediante la derivación (bypass) de la zona bloqueada de la arteria. Los procedimientos de IDAC se realizan normalmente abriendo el esternón y separando la caja torácica para proporcionar acceso al corazón. Se realiza una incisión en la arteria adyacente a la zona bloqueada. La arteria mamaria interna (AMI) se corta entonces y se une a la arteria en el punto de la
incisión.
La AMI se desvía de la zona bloqueada de la arteria para proporcionar de nuevo un flujo completo de sangre al corazón. La separación del esternón y la apertura de la caja torácica, denominada comúnmente "cirugía a corazón abierto", pueden crear un enorme traumatismo en el paciente. Además, el esternón dividido prolonga el periodo de recuperación del paciente.
Ha habido intentos para realizar intervenciones quirúrgicas de IDAC sin abrir la caja torácica. Se han llevado a cabo intervenciones quirúrgicas mínimamente invasivas mediante la inserción de instrumentos quirúrgicos y un endoscopio a través de una pequeña incisión en la piel del paciente. La manipulación de tales instrumentos puede ser difícil, particularmente cuando se sutura un injerto a una arteria. Se ha encontrado que se requiere un alto nivel de destreza para controlar con exactitud los instrumentos. Además, las manos humanas normalmente tienen al menos una cantidad mínima de temblor. El temblor aumenta adicionalmente la dificultad de realizar intervenciones quirúrgicas cardiacas mínimamente invasivas.
Para realizar CMI (cirugía mínimamente invasiva), el cirujano utiliza instrumentos especiales. Estos instrumentos permiten que el cirujano maniobre dentro del paciente. Un tipo de instrumento que se utiliza en la cirugía mínimamente invasiva son las pinzas, un instrumento que tiene una punta configurada específicamente para agarrar objetos, tales como agujas. Dado que las pinzas y otros instrumentos diseñados para la cirugía mínimamente invasiva generalmente son largos y rígidos, no proporcionan a un cirujano la destreza y precisión necesarias para llevar a cabo eficazmente muchas intervenciones quirúrgicas de una forma mínimamente invasiva. Por ejemplo, las pinzas para CMI convencionales no son muy adecuadas para manipular una aguja durante una intervención quirúrgica mínimamente invasiva, tal como durante la endoscopia. Por tanto, muchas intervenciones quirúrgicas de CMI que podrían realizarse, todavía no se han llevado a cabo.
En esencia, durante las cirugías a corazón abierto, las puntas de varios instrumentos pueden colocarse con seis grados de libertad. Sin embargo, al insertar un instrumento a través de una pequeña abertura, tal como una realizada en un paciente para efectuar una intervención quirúrgica mínimamente invasiva, se pierden dos grados de libertad. Es esta pérdida de libertad de movimiento dentro del sitio quirúrgico la que ha limitado sustancialmente los tipos de intervenciones quirúrgicas de CMI que se realizan.
Se carece de destreza en la CMI porque los instrumentos que se utilizan no proporcionan los grados de libertad adicionales que se pierden cuando el instrumento se inserta en un paciente. Un problema asociado con esta falta de destreza es la incapacidad para suturar cuando los instrumentos están en determinadas posiciones. Como resultado, las cirugías que requieren bastante sutura dentro del sitio quirúrgico, son casi imposible de realizar porque no se dispone de instrumentos quirúrgicos que permitan gran parte de este trabajo.
Otro problema asociado con la CMI es la falta de precisión dentro del sitio quirúrgico. Para intervenciones quirúrgicas tales como el MIIDAC (injerto de derivación de la arteria coronaria mínimamente invasivo), deben emplazarse suturas extremadamente pequeñas en diversas ubicaciones próximas al corazón. Como tal, es necesario el movimiento preciso de la herramienta en la punta de un instrumento quirúrgico. En la actualidad, con los instrumentos colocados a mano, se carece de la precisión necesaria para tal sutura.
Como tal, lo que se necesita en la técnica es una herramienta y clase de instrumentos quirúrgicos que puedan articularse dentro del paciente de manera que un cirujano tenga grados de libertad adicionales disponibles para colocar con más destreza y precisión la herramienta en la punta del instrumento, según se necesite.
Adicionalmente, lo que se necesita en la técnica es un método y mecanismo que proporcione capacidades de cambio simple de instrumento y herramienta, de modo que diversas herramientas puedan sustituirse fácil e inmediatamente para permitir intervenciones quirúrgicas más rápidas, para minimizar así los costes de quirófano para el paciente y para disminuir la cantidad de tiempo que un paciente está bajo anestesia.
La presente invención se dirige a solucionar los problemas mencionados anteriormente.
Un ejemplo de una disposición de la técnica anterior para un controlador principal a distancia se describe en el documento W09313916A (Stanford Research Institute International), titulado "Teleoperator System and Method with Telepresence" ("Sistema teleoperador y método con telepresencia").
Sumario de la invención
La presente invención es un sistema para realizar intervenciones quirúrgicas cardiacas mínimamente invasivas tal como se expone y se reivindica en las reivindicaciones adjuntas. El sistema puede incluir un par o más de instrumentos quirúrgicos que están acoplados a un par de brazos robóticos. El sistema puede incluir sólo un único instrumento quirúrgico y un único brazo robótico, tal como se describe a continuación en el presente documento. Los instrumentos tienen útiles finales que pueden manipularse para cortar, sujetar, cauterizar y suturar tejido. Los brazos robóticos están acoplados a un par de mangos principales mediante un controlador. El cirujano puede mover los mangos para producir un movimiento correspondiente de los útiles finales. El movimiento de los mangos es graduado, de modo que los útiles finales tienen un movimiento correspondiente que es diferente, normalmente inferior, que el movimiento realizado por las manos del cirujano. Esto ayuda a eliminar cualquier temblor que el cirujano pudiera tener en las manos. El factor de graduación es ajustable, de modo que el cirujano puede controlar la resolución del movimiento de los útiles finales. El movimiento de los útiles finales puede controlarse mediante un botón de entrada, de modo que los útiles finales sólo se mueven cuando el cirujano aprieta o bascula el botón. El botón de entrada permite que el cirujano ajuste la posición de los mangos sin mover el útil final, de modo que los mangos pueden moverse hasta una posición más cómoda. El sistema también puede tener un endoscopio robóticamente controlado que permite que el cirujano vea a distancia el sitio quirúrgico. Puede realizarse una intervención quirúrgica cardiaca efectuando pequeñas incisiones en la piel del paciente e insertando los instrumentos y el endoscopio en el paciente. El cirujano manipula los mangos y mueve los útiles finales para realizar una intervención quirúrgica cardiaca tal como un injerto de derivación de la arteria coronaria o cirugía de válvula cardiaca.
La presente invención se refiere adicionalmente a un instrumento quirúrgico de control del mismo, que permite que el cirujano articule la punta del instrumento, mientras conserva la función de la herramienta en la punta del instrumento. Como tal, la punta del instrumento puede articularse con dos grados de libertad, desde el principio puede utilizarse la herramienta dispuesta en la punta.
El sistema robótico comprende generalmente:
un brazo robótico;
un acoplador que se une al brazo;
un instrumento quirúrgico que se sujeta mediante el acoplador;
un controlador; y
en el que el movimiento en el controlador produce un movimiento proporcional del brazo robótico y el instrumento quirúrgico.
La presente invención puede incluir un instrumento quirúrgico que tiene una varilla alargada. La varilla alargada tiene un eje longitudinal y generalmente sirve como el brazo del instrumento endoscópico. Una parte articulada se monta en y se extiende más allá de la varilla alargada. Alternativamente, la parte articulada puede formarse íntegramente con la varilla alargada. La parte articulada tiene una parte proximal, un enlace de pivote y una parte distal. La parte proximal puede incluir un par de dedos. Los dedos pueden ser ortogonales entre sí y estar orientados radialmente con respecto al eje longitudinal de la varilla alargada. Para su uso en intervenciones quirúrgicas, generalmente es preferible que el instrumento y la mayoría de los componentes en él estén formados de acero inoxidable, plástico, o algún otro material fácilmente esterilizable. Cada uno de los dedos puede tener al menos una abertura formada en él para permitir el paso de un pasador que ayuda en la unión del enlace de pivote a la parte proximal de la parte articulada y que permite que el enlace de pivote se monte sobre pivote en la parte proximal. La parte articulada proporciona la articulación en la punta de un instrumento que incluye la parte articulada. Más particularmente, esto proporciona grados de libertad adicionales para la herramienta en la punta de un instrumento que incluye una parte articulada.
Un instrumento tal como el descrito a continuación en el presente documento, cuando se utiliza junto con el presente sistema quirúrgico, proporciona al cirujano destreza, precisión y flexibilidad adicionales, no logradas todavía en las intervenciones quirúrgicas mínimamente invasivas. Como tal, pueden acortarse los tiempos de la operación y reducirse enormemente el traumatismo para el paciente.
Para proporcionar un aumento en la precisión de la colocación de la punta articulada, tal como se describe a continuación en el presente documento, se proporcionan dos grados de libertad adicionales al controlador principal. Cada uno de los dos grados de libertad adicionales se encuadran con respecto a cada uno de los grados de libertad en la punta del instrumento. Esto se lleva a cabo mediante la adición de dos articulaciones en el medio de aplicación modelo y automático para articular la punta del instrumento en respuesta a los movimientos realizados en la aplicación modelo.
Los objetos y ventajas de la presente invención se harán evidentes más fácilmente para los expertos habituales en la técnica tras revisar la siguiente descripción detallada y los dibujos, en los que:
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista en perspectiva de un sistema quirúrgico mínimamente invasivo según la presente invención;
La figura 2 es un diagrama esquemático de una aplicación modelo del sistema;
la figura 3 es un diagrama esquemático de una aplicación subordinada del sistema;
la figura 4 es un diagrama esquemático de un sistema de control del sistema;
la figura 5 es un diagrama esquemático que muestra el instrumento en una sistema de coordenadas;
la figura 6 es un diagrama esquemático del instrumento que se mueve alrededor de un punto de pivote;
la figura 7 es una vista en despiece ordenado de un útil final según el sistema de la presente invención;
la figura 8 es una vista de un mango principal del sistema según la presente invención;
la figura 8a es una vista lateral del mango principal del sistema según la presente invención;
las figuras 9-10A-J son ilustraciones que muestran una arteria mamaria interna que se está injertando a una arteria coronaria;
la figura 11 es una vista lateral de un impulsor de herramienta de carga trasera según el sistema de la presente invención;
la figura 12 es una vista en planta del conjunto de motor del impulsor de herramienta de carga trasera de la figura 11;
la figura 13 es una vista en planta lateral de un instrumento articulable según la presente invención;
la figura 14 es una vista en planta lateral de un instrumento articulable, en el que la punta del instrumento está articulada;
la figura 15 es una vista en despiece ordenado de la parte articulable del instrumento articulable según la presente invención;
la figura 16 es una vista en planta de un enlace de pivote según la parte articulada del instrumento quirúrgico articulable de la presente invención;
la figura 17 es una vista en perspectiva de un conjunto impulsor de la herramienta de articulación según la presente invención;
la figura 18 es una vista de una punta de herramienta extraíble según un instrumento articulable de la presente invención;
la figura 19 es un receptáculo de la punta de la herramienta según la presente invención;
la figura 20 es una vista en corte transversal de un instrumento articulable unido al traductor articulado de la presente invención;
la figura 21 es una vista en sección transversal en primer plano del traductor articulado según la presente invención;
la figura 22 es una vista desde un extremo del traductor articulado según la presente invención;
la figura 23 es una vista en corte transversal de la sección estéril del conjunto impulsor de la herramienta de articulación según el sistema de la presente invención;
la figura 24 es una vista en sección transversal del impulsor de la herramienta del conjunto impulsor de la herramienta de articulación según el sistema de la presente invención;
la figura 25 es un diagrama esquemático de una aplicación modelo de un sistema según la presente invención que incluye el conjunto impulsor de la herramienta de articulación;
la figura 26 es una vista en planta de un paño quirúrgico para su uso con el brazo robótico según la presente invención;
la figura 27 es una vista en planta de un instrumento quirúrgico que tiene una herramienta de grapado dispuesta en el extremo del mismo y en el que el instrumento quirúrgico está unido al brazo robótico según la presente invención;
la figura 28 es una vista en planta de un instrumento quirúrgico que tiene una cuchilla de corte dispuesta en el extremo del mismo, en el que el instrumento está unido al brazo robótico según la presente invención;
la figura 29 es una vista en planta de un instrumento quirúrgico que tiene un dispositivo de coagulación/corte dispuesto en el extremo del mismo, estando el instrumento unido a un brazo robótico según la presente invención; y
la figura 30 es una vista en planta de un instrumento quirúrgico que tiene una herramienta de grapado dispuesta en el extremo del mismo y en el que el instrumento quirúrgico está unido al brazo robótico según la presente invención.
Descripción detallada de la invención
En referencia a los dibujos, más particularmente mediante los números de referencia, la figura 1 muestra un sistema 10 que puede utilizarse para realizar cirugía mínimamente invasiva. En una realización preferida, el sistema 10 puede utilizarse para realizar un injerto de derivación de la arteria coronaria mínimamente invasivo, o un injerto de derivación de la arteria coronaria endoscópico (E-IDAC) y otras intervenciones quirúrgicas anastomóticas. Aunque se muestra y se describe una intervención quirúrgica de MI-IDAC, debe entenderse que el sistema puede utilizarse para otras intervenciones quirúrgicas. Por ejemplo, el sistema puede utilizarse para suturar cualquier par de vasos.
El sistema 10 se utiliza para realizar una intervención quirúrgica en un paciente 12 que normalmente está tumbado sobre una mesa 14 de operaciones. Montado a la mesa 14 de operaciones hay un primer brazo 16 articulado, un segundo brazo 18 articulado y un tercer brazo 20 articulado. Los brazos 16-20 articulados están montados preferiblemente a la mesa de modo que los brazos estén en un mismo plano de referencia que el paciente. Debe apreciarse que los brazos pueden montarse a un carro o a algún otro dispositivo que sitúe los brazos también próximos al plano del paciente. Aunque se muestran y se describen tres brazos articulados, debe entenderse que el sistema puede tener cualquier número de brazos, tal como uno o más brazos.
Los brazos 16 y 18 articulados primero y segundo tienen cada uno un alojamiento 25 de base y un conjunto 26 de brazo robótico que se extiende desde el alojamiento 25 de base. Los instrumentos 22 y 24 quirúrgicos están acoplados preferiblemente, de modo que se puedan extraer, al extremo de cada conjunto 26 de brazo robótico de los brazos 16, 18 articulados primero y segundo. Cada uno de los instrumentos 22, 24 puede acoplarse a un conjunto 26 de brazo robótico correspondiente en una variedad de formas que se tratarán en mayor detalle más adelante en el presente documento.
El tercer brazo 20 articulado comprende adicionalmente un alojamiento 25 de base y un conjunto 26 de brazo robótico, y preferiblemente tiene un endoscopio 28 que está unido al conjunto 26 de brazo robótico. El alojamiento 25 de base y los conjuntos 26 de brazo robótico de cada uno de los brazos 16, 18 y 20 articulados son sustancialmente similares. Sin embargo, debe apreciarse que la configuración del tercer brazo 20 articulado puede ser diferente, ya que el fin del tercer brazo articulado es sujetar y colocar el endoscopio 28, en contraposición a sujetar y colocar un instrumento quirúrgico.
Los instrumentos 22 y 24, y el endoscopio 28 se insertan a través de incisiones practicadas en la piel del paciente 12. El endoscopio 28 tiene una cámara 30 que está acoplada a un monitor 32 que muestra imágenes de los órganos internos del paciente 12.
Cada conjunto 26 de brazo robótico tiene un motor 34 de base que mueve el conjunto 26 de brazo de una forma lineal, en relación con el alojamiento 25 de base, tal como se indica mediante las flechas Q. Cada conjunto 26 de brazo robótico también incluye un primer motor 36 rotativo y un segundo motor 38 rotativo. Cada uno de los conjuntos 26 de brazo robótico también tiene un par de juntas 40 y 42 pasivas. Las juntas 40, 42 pasivas se disponen preferiblemente ortogonales entre sí para proporcionar un movimiento de pivote del instrumento 22, 24 o el endoscopio 28 que está unido a un conjunto 26 de brazo robótico correspondiente. Las juntas pasivas pueden estar desviadas por resorte en cualquier dirección específica, sin embargo, no están accionadas por motor. Los conjuntos 26 de brazo robótico también tienen un mecanismo 45 de acoplamiento para acoplar los instrumentos 22 y 24, o el endoscopio 28 al mismo. Adicionalmente, cada uno de los conjuntos 26 de brazo robótico tiene un engranaje 44 de tornillo sin fin accionado por motor para hacer girar el instrumento 22, 24 o el endoscopio 28 unido al mismo alrededor de su eje longitudinal. Más particularmente, el engranaje de tornillo sin fin accionado por motor hace girar los instrumentos o el endoscopio.
Los brazos 16, 18, 20 articulados primero, segundo y tercero están acoplados a un controlador 46 que puede controlar el movimiento de los brazos. Los brazos están acoplados al controlador 46 mediante conexiones eléctricas, cableado o mediante un sistema transmisor/receptor de manera que las señales de control puedan hacerse pasar desde el controlador 46 hasta cada uno de los brazos 16, 18 y 20 articulados. Es preferible, para garantizar una comunicación sin errores entre cada uno de los brazos 16, 18 y 20 articulados y el controlador 46, que cada brazo 16, 18, 20 esté conectado eléctricamente al controlador, y a modo de ejemplo, cada brazo 16, 18, 20 está conectado eléctricamente al controlador 46 mediante cableado 47 eléctrico. Sin embargo, es posible controlar cada brazo 16, 18, 20 a distancia utilizando sistemas de control bien conocidos, en contraposición a las conexiones eléctricas directas. Dado que tales sistemas de control a distancia son bien conocidos en la técnica, no se tratarán adicionalmente en el presente documento.
El controlador 46 está conectado a un dispositivo 48 de entrada tal como a un pedal, controlador manual o unidad de reconocimiento de voz. A modo de ejemplo, en el presente documento se describe un controlador mediante el pie. Un cirujano puede hacer funcionar el dispositivo 48 de entrada para mover la ubicación del endoscopio 28 y ver una parte diferente del paciente apretando un(os) botón(es) correspondiente(s) dispuesto(s) sobre el dispositivo 48 de entrada. El controlador 46 recibe las señales de entrada del dispositivo 48 de entrada y mueve el endoscopio 28 y el conjunto 26 de brazo robótico del tercer brazo 20 articulado según los comandos de entrada del cirujano. Cada uno de los conjuntos 26 de brazo robótico pueden ser dispositivos que vende el cesionario de la presente invención, Computer Motion, Inc. de Goleta, California, con la marca registrada AESOP. El sistema también se describe en la patente de los EE.UU. número 5.515.478.
Aunque se muestra y se describe un pedal 49, debe entenderse que el sistema puede tener otros medios de entrada tales como un controlador manual o una interfaz de reconocimiento de voz.
El movimiento y la colocación de los instrumentos 22, 24 unidos a los brazos 16 y 18 articulados primero y segundo están controlados por un cirujano en un par de mangos 50 y 52 principales. Cada uno de los mangos 50, 52 principales que pueden manipularse por el cirujano tiene una relación modelo-aplicación subordinada con uno correspondiente de los brazos 16, 18 articulados de modo que el movimiento de un mango 50 ó 52 produce un movimiento correspondiente del instrumento 22, 24 quirúrgico unido al brazo 16, 18 articulado.
Los mangos 50 y 52 pueden montarse a una cabina 54 portátil. Un segundo monitor 56 de televisor puede colocarse en la cabina 54 y acoplarse al endoscopio 28 mediante medios bien conocidos, de modo que el cirujano pueda ver fácilmente los órganos internos del paciente 12. Los mangos 50 y 52 también se acoplan al controlador 46: El controlador 46 recibe señales de entrada de los mangos 50 y 52, calcula un movimiento correspondiente de los instrumentos quirúrgicos, y proporciona señales de salida para mover los conjuntos 26 de brazo robótico e instrumentos 22, 24. Dado que el cirujano puede controlar el movimiento y la orientación de los instrumentos 22, 24 sin sujetar realmente los extremos de los instrumentos, el cirujano puede utilizar el sistema 10 de la presente invención tanto sentado como de pie. Una ventaja del presente sistema es que un cirujano puede realizar intervenciones quirúrgicas endoscópicas en una posición sentada. Esto ayuda a reducir la fatiga del cirujano y puede mejorar el rendimiento y los resultados en el quirófano, especialmente durante aquellas intervenciones quirúrgicas que duran muchas horas. Para adaptarse a una posición sentada, puede proporcionarse una silla 57 con el sistema.
Cada mango tiene múltiples grados de libertad proporcionados por las diversas juntas Jm1-Jm5 representadas en la figura 2. Las juntas Jm1 y Jm2 permiten que el mango rote alrededor de un punto de pivote en la cabina 54. La junta Jm3 permite que el cirujano mueva el mango hacia dentro y hacia fuera de la cabina 54 de una manera lineal. La junta Jm4 permite que el cirujano rote el mango principal alrededor de un eje longitudinal del mango. La junta Jm5 permite que un cirujano abra y cierre un dispositivo de agarre.
Cada junta Jm1-Jm5 tiene uno o más sensores de posición que proporcionan señales de retroacción de fuerza que corresponden a la posición relativa del mango. Los sensores de posición pueden ser potenciómetros, o cualquier otro dispositivo de retroacción de fuerza, tales como codificadores ópticos rotatorios que proporcionan una señal eléctrica que corresponde a un cambio de posición. Adicionalmente, puede emplazarse una pluralidad de sensores de posición en cada junta para proporcionar redundancia en el sistema que puede utilizarse para alertar a un cirujano del mal funcionamiento o de la colocación inapropiada de un conjunto 26 de brazo robótico correspondiente.
Además de los sensores de posición, cada junta puede incluir tacómetros, acelerómetros y captadores dinamométricos sensores de fuerza, cada uno de los cuales puede proporcionar señales eléctricas con relación a la velocidad, la aceleración y la fuerza que se está aplicando a una junta respectiva. Adicionalmente, pueden incluirse actuadores en cada junta para reflejar la retroacción de fuerza recibida en un conjunto 26 de brazo robótico. Esto puede ser especialmente útil en la junta Jm5 para indicar la fuerza encontrada dentro de un paciente por el dispositivo de agarre dispuesto en el extremo de una de las herramientas 22 ó 24. Como tal, debe incluirse un elemento reflector de fuerza en el dispositivo de agarre del instrumento 22, 24 para efectuar tal circuito de retroacción de fuerza reflector de fuerza. Elementos reflectores de fuerza, tales como un elemento piezoeléctrico en combinación con un puente de piedra de amolar son bien conocidos en la técnica. Sin embargo, hasta ahora no se conoce la utilización de tal reflexión de fuerza con un sistema 10 de este tipo.
La figura 3 muestra los diversos grados de libertad de cada brazo 16 y 18 articulado. Las juntas Js1, Js2 y Js3 corresponden a los ejes de movimiento del motor 34 de base y a los motores 36, 38 rotativos de los conjuntos 26 de brazo robótico, respectivamente. Las juntas Js4 y Js5 corresponden a las juntas 40 y 42 pasivas de los brazos 26. La junta Js6 puede ser un motor que rota los instrumentos quirúrgicos alrededor del eje longitudinal del instrumento. La junta Js7 puede ser un par de dedos que pueden abrirse y cerrarse. Los instrumentos 22 y 24 se mueven alrededor de un punto de pivote P situado en la incisión del paciente.
La figura 4 muestra un diagrama esquemático de un sistema de control que se traduce en un movimiento de un mango principal en un movimiento correspondiente de un instrumento quirúrgico. Según el sistema de control mostrado en la figura 4, el controlador 46 calcula las señales de salida para los brazos articulados, de modo que el instrumento quirúrgico se mueva junto con el movimiento del mango. Cada mango puede tener un botón 58 de entrada que permite que el instrumento se mueva con el mango. Cuando el botón 58 de entrada se aprieta, el instrumento quirúrgico sigue el movimiento del mango. Cuando el botón 58 se libera, el instrumento no sigue el movimiento del mango. De esta manera, el cirujano puede ajustar o "retener" la posición del mango sin crear un movimiento indeseable correspondiente del instrumento. La característica de "retén" permite que el cirujano mueva continuamente los mangos hasta posiciones más deseables sin alterar las posiciones de los brazos. Adicionalmente, debido a que los mangos están limitados por un punto de pivote, la característica de retén permite que el cirujano mueva los instrumentos más allá de las limitaciones dimensionales de los mangos. Aunque se muestra y se describe un botón 58 de entrada, debe entenderse que el instrumento quirúrgico puede activarse mediante otros medios, tal como el reconocimiento de voz. El botón de entrada puede estar enclavado alternativamente de modo que el movimiento del instrumento correspondiente bascule entre activo e inactivo cada vez que el cirujano aprieta el botón.
Cuando el cirujano mueve un mango, los sensores de posición proporcionan señales M1-M5 de retroacción de fuerza que corresponden al movimiento de las juntas Jm1-Jm5, respectivamente. El controlador 46 calcula la diferencia entre la nueva posición del mango y la posición original del mango en el bloque 60 de cálculo para generar valores M1-M5 de posición incrementales.
Los valores M1-M5 de posición incrementales se multiplican por los factores S1-S5 de graduación, respectivamente en el bloque 62. Los factores de graduación se fijan normalmente a menos de uno, de modo que el movimiento del instrumento sea inferior que el movimiento del mango. De esta manera, el cirujano puede producir movimientos muy finos de los instrumentos con movimientos relativamente toscos de los mangos. Los factores S1-S5 de graduación son variables, de modo que el cirujano pueda variar la resolución del movimiento del instrumento. Cada factor de graduación es variable preferiblemente de manera individual, de modo que el cirujano pueda controlar más finamente el instrumento en determinadas direcciones. A modo de ejemplo, mediante el ajuste de uno de los factores de graduación a cero, el cirujano puede evitar que el instrumento se mueva en una dirección. Esto puede ser ventajoso si el cirujano no quiere que el instrumento quirúrgico se ponga en contacto con un órgano o un determinado tejido situado en una determinada dirección con relación al paciente. Aunque se describen factores de graduación menores que una unidad, debe entenderse que un factor de graduación puede ser mayor que uno. Por ejemplo, puede ser deseable girar el instrumento a una velocidad superior que el giro correspondiente del mango.
El controlador 46 añade los valores M1-M5 incrementales a los ángulos Mj1-Mj5 de junta iniciales en el elemento 64 sumador para proporcionar los valores Mrl-Mr5. El controlador 46 calcula entonces los cálculos del vector de aplicación subordinada deseado en el bloque 66 de cálculo según las ecuaciones siguientes.
Rdx = Mr3 \cdot sen (Mr1) \cdot cos (Mr2) + Px
Rdy = Mr3 \cdot sen (Mr1) \cdot sen (Mr2) + Py
Rdz = Mr3 \cdot cos (Mr1) + Pz
Sdr = Mr4
Sdg = Mr5
\vskip1.000000\baselineskip
en las que;
Rdx,y,z = las nuevas posiciones deseadas del útil final del instrumento.
Sdr = la rotación angular del instrumento alrededor del eje longitudinal del instrumento.
Sdg = la cantidad de movimiento de los dedos del instrumento.
Px,y,z = la posición del punto P de pivote.
\newpage
El controlador 46 calcula entonces el movimiento del brazo 26 robótico en el bloque 68 de cálculo según las ecuaciones siguientes.
Jsd1 = Rdz
\vskip1.000000\baselineskip
Jsd 3 = \pi - cos^{-1} \left[\frac{Rdx^{2} + Rdy^{2} - L1^{2} - L2^{2}}{2L1 \cdot L2} \right]
\vskip1.000000\baselineskip
Jsd2 = tan^{-1} (Rdy/Rdx) + \Delta para Jsd3 \leq 0
Jsd2 = tan^{-1} (Rdy/Rdx) - \Delta para Jsd3 > 0
\vskip1.000000\baselineskip
\Delta = cos^{-1} \left[\frac{Rdx^{2} + Rdy^{2} - L1^{2} - L2^{2}}{2 \cdot L1 \sqrt{Rdx^{2} + Rdy^{2}}} \right]
\vskip1.000000\baselineskip
Jsd6 = Mr4
Jsd7 = Mr5
en las que;
Jsd1 = el movimiento del motor lineal.
Jsd2 = el movimiento el primer motor rotativo.
Jsd3 = el movimiento del segundo motor rotativo.
Jsd6 = el movimiento del motor de rotación.
Jsd7 = el movimiento del dispositivo de agarre.
L1 = la longitud del brazo de enlace entre el primer motor rotativo y el segundo motor rotativo.
L2 = la longitud del brazo de enlace entre el segundo motor rotativo y las juntas pasivas.
El controlador proporciona señales de salida a los motores para mover el brazo y el instrumento en la ubicación deseada en el bloque 70. Este proceso se repite para cada movimiento del mango.
El mango principal tendrá una posición espacial diferente con relación al instrumento quirúrgico si el cirujano libera, o bascula, el botón de entrada y mueve el mango. Cuando el botón 58 de entrada se aprieta inicialmente, el controlador 46 calcula los ángulos Mj1-Mj5 de junta iniciales en el bloque 72 de cálculo con las ecuaciones siguientes.
Mj1 = tan^{-1} (ty/tx)
Mj2 = tan^{-1} (d/tz)
Mj3 = D
Mj4 = Js6
Mj5 = Js7
\vskip1.000000\baselineskip
d = \sqrt{tx^{2} + ty^{2}}
\vskip1.000000\baselineskip
tx = \frac{Rsx - Px}{D}
\hskip0,5cm
ty = \frac{Rsy - Py}{D}
\hskip0,5cm
tz = \frac{Rsz - Pz}{D}
\vskip1.000000\baselineskip
D = \sqrt{(Rsx - Px)^{2} + (Rsy - Py)^{2} + (Rsz - Pz)^{2}}
Los siguientes valores cinemáticos se calculan en el bloque 74 con las ecuaciones siguientes.
Rsx = L1 \cdot cos (Js2) + L2 \cdot cos (Js2 + Js3)
Rsx = L1 \cdot cos (Js2) + L2 \cdot cos (Js2 + Js3)
Rsz = J1
Los ángulos Mj de junta se facilitan al sumador 64. Los puntos Px, Py y Pz de pivote se calculan en el bloque 76 de cálculo tal como sigue. El punto de pivote se calcula determinando inicialmente la posición original de la intersección del útil final y el instrumento PO, y el vector Uo unitario que tiene la misma orientación que el instrumento. Los valores de posición P(x, y, z) pueden derivarse de diversos sensores de posición del brazo robótico. En referencia a la figura 5, el instrumento está dentro de una primera sistema de coordenadas (x, y, z) que tiene los ángulos \theta4 y \theta5. El vector Uo unitario se calcula por la matriz de transformación:
1
Tras cada movimiento del útil final, se calcula un movimiento angular del instrumento \Delta\Theta tomando el arcoseno del producto vectorial de los vectores Uo y U1 unitarios primero y segundo del instrumento según las siguientes ecuaciones lineales Lo y L1.
en las que;
T = un vector que es un producto vectorial de los vectores Uo y U1 unitarios.
El vector unitario de la nueva posición U1 del instrumento se determina de nuevo utilizando los sensores de posición y la matriz de transformación descritos anteriormente. Si el ángulo es mayor que un valor umbral, entonces se calcula un nuevo punto de pivote y Uo se fija a U1. Tal como se muestra en la figura 6, las orientaciones del instrumento primera y segunda pueden definirse mediante las ecuaciones lineales Lo y L1:
Lo:
xo = Mxo \cdot zo + Cxo
yo = Myo \cdot zo + Cyo
L1:
x1 = Mx1 \cdot z1 + Cx1
y1 = My1 \cdot z1 + Cy1
en las que;
Zo = una coordenada Z a lo largo de la recta Lo con relación al eje z del primer sistema de coordenadas.
Z1 = una coordenada Z a lo largo de la recta L1 con relación al eje z del primer sistema de coordenadas.
Mxo = una pendiente de la recta Lo como una función de Zo.
Myo = una pendiente de la recta Lo como una función de Zo.
Mx1 = una pendiente de la recta L1 como una función de Z1.
My1 = una pendiente de la recta L1 como una función de Z1.
Cxo = una constante que representa la intersección de la recta Lo y el eje x del primer sistema de coordenadas.
Cyo = una constante que representa la intersección de la recta Lo y el eje y del primer sistema de coordenadas.
Cx1 = una constante que representa la intersección de L1 y el eje x del primer sistema de coordenadas.
Cy1 = una constante que representa la intersección de la recta L1 y el eje y del primer sistema de coordenadas.
Las pendientes se calculan utilizando los algoritmos siguientes.
Mxo = Uxo/Uzo
Myo = Uyo/Uzo
Mx1 = Ux1/Uz1
My1 = Uy1/Uz1
Cx0 = Pox - Mx1 \cdot Poz
Cy0 = Poy - My1 \cdot Poz
Cx1 = P1x - Mx1 \cdot P1z
Cy1 = P1y - My1 \cdot P1z
en los que;
Uo(x, y, y z) = los vectores unitarios del instrumento en la primera posición dentro del primer sistema de coordenadas.
U1(x, y, y z) = los vectores unitarios del instrumento en la segunda posición dentro del primer sistema de coordenadas.
Po(x, y, y z) = las coordenadas de la intersección del útil final y el instrumento en la primera posición dentro del primer sistema de coordenadas.
P1(x, y, y z) = las coordenadas de la intersección del útil final y el instrumento en la segunda posición dentro del primer sistema de coordenadas.
Para encontrar una ubicación aproximada del punto de pivote, se determinan los puntos de pivote del instrumento en la primera orientación Lo (punto Ro de pivote) y en la segunda orientación L1 (punto R1 de pivote) y se calcula la distancia a medio camino entre los dos puntos Ro y R1 y se almacena como el punto Rave de pivote del instrumento. El punto Rave de pivote se determina utilizando el vector T de producto vectorial.
Para encontrar los puntos Ro y R1 se establecen las igualdades siguientes para definir una recta con la misma orientación que el vector T que pasa a través tanto de Lo como de L1.
tx = Tx/Tz
ty = Ty/Tz
en las que;
tx = la pendiente de una recta definida por el vector T con relación al plano Z-x del primer sistema de coordenadas.
ty = la pendiente de una recta definida por el vector T con relación al plano Z-y del primer sistema de coordenadas.
Tx = la componente x del vector T.
Ty = la componente y del vector T.
Tz = la componente z del vector T.
Seleccionado dos puntos para determinar las pendientes Tx, Ty y Tz (por ejemplo, Tx = xl - xo, Ty = yl - yo y Tz = z1 - z0) y sustituyendo las ecuaciones lineales Lo y L1, se proporciona una solución para las coordenadas de punto para Ro (xo, yo, zo) y R1 (x1, y1, z1) tal como sigue.
zo = ((Mx1 - tx)z1 + Cx1 - Cxo)/(Mxo - tx)
z1 = ((Cy1 - Cyo) (Mxo - tx) - (Cx1 - Cxo) (Myo - ty))/((Myo - ty) (Mx1 - tx) - (My1 - ty) {}\hskip0.65cm (Mxo - tx))
yo = Myo \cdot zo + Cyo
y1 = My1 \cdot z1 + Cy1
xo = Mxo \cdot zo + Cxo
x1 = Mx1 \cdot z1 + Cx1
La distancia promedio entre los puntos de pivote Ro y R1 se calcula con la ecuación siguiente y se almacena como el punto de pivote del instrumento.
Rave = ((x1 + xo)/2, (y1 + yo)/2, (z1 + zo)/2)
El punto de pivote puede actualizarse continuamente con la rutina de algoritmo descrita anteriormente. Cualquier movimiento del punto de pivote se puede comparar con un valor umbral y puede emitirse una señal de advertencia o el sistema robótico puede llegar a desconectarse si el punto de pivote se mueve más allá de un límite fijado. La comparación con un límite fijado puede ser útil en la determinación de si el paciente se ha movido, o si el instrumento se está manipulando fuera del paciente, situaciones que pueden dar como resultado la lesión del paciente o de los ocupantes del quirófano.
Para proporcionar retroacción de fuerza al cirujano, los dedos de los instrumentos pueden tener sensores de presión que detectan la fuerza de reacción proporcionada por el objeto que se está agarrando por el útil final. En referencia a la figura 4, el controlador 46 recibe las señales Fs del sensor de presión y genera las señales Cm correspondientes en el bloque 78 que se proporcionan a un accionador situado dentro del mango. El accionador proporciona una presión correspondiente sobre el mango que se transmite a la mano del cirujano. La retroacción de fuerza de presión permite que el cirujano detecte la presión que está aplicando el instrumento. Como una realización alternativa, el mango puede acoplarse a los dedos del útil final mediante un cable mecánico que transfiere directamente la fuerza de agarre de los dedos a las manos del cirujano.
La figura 7 muestra una realización preferida de un útil 80 final que puede utilizarse en la presente invención. El útil 80 final incluye un instrumento 82 quirúrgico, tal como los descritos anteriormente en el presente documento 22, 24, que está acoplado a un impulsor 84 de la herramienta de carga frontal. El útil 80 final está montado en uno de los conjuntos 26 de brazo robótico mediante el mecanismo 45 de acoplamiento. El mecanismo 45 de acoplamiento incluye un collar 85 que se une de manera extraíble a un soporte 86. El soporte 86 incluye un engranaje 87 de tornillo sin fin que está accionado por un motor en el conjunto 26 de brazo robótico para hacer girar el collar 85 y, a su vez, hacer rotar el instrumento 82 alrededor de su eje longitudinal. El soporte 86 incluye un eje 88 que se asienta en una ranura en el conjunto 26 de brazo robótico. El eje 88 puede volverse mediante el motor en el conjunto de brazo, que entonces hace girar el engranaje 87 de tornillo sin fin, haciendo girar así el collar 86 y el instrumento 82. Puede emplearse una herramienta 89 tensora para tensar y aflojar el collar alrededor del instrumento 82. Una herramienta de este tipo funciona como una llave macho, para tensar y aflojar el collar 86.
El instrumento 82 quirúrgico tiene un primer dedo 90 que está conectado sobre pivote a un segundo dedo 91. Los dedos 90, 91 pueden manipularse para sujetar objetos tales como tejido o una aguja de sutura. La superficie interna de los dedos puede tener una textura para aumentar la capacidad de fricción y agarre del instrumento 82. El primer dedo 90 está acoplado a una varilla 92 que se extiende a través de un canal 94 central del instrumento 82. El instrumento 82 puede tener un manguito 96 externo que coopera con un cierre 98 de desconexión rápida de bola desviado por resorte. La desconexión 98 rápida permite que otros instrumentos distintos del dedo de sujeción se acoplen al impulsor 84 de la herramienta de carga frontal. Por ejemplo, el instrumento 82 puede desacoplarse de la desconexión 98 rápida y reemplazarse por una herramienta de corte, una herramienta de sutura, una herramienta de grapado adaptada para su uso en este sistema, tal como el aparato de grapado descrito en la patente de los EE.UU. número 5.499.990 o 5.389.103 cedida a Karlsruhe, una cuchilla de corte, u otras herramientas quirúrgicas utilizadas en la cirugía mínimamente invasiva. La desconexión 98 rápida permite que los instrumentos quirúrgicos se intercambien sin tener que volver a esterilizar el impulsor 84 de la herramienta de carga frontal cada vez que un instrumento se conecta al impulsor 84 de la herramienta. El funcionamiento del impulsor 84 de la herramienta de carga frontal se tratará en más detalle más adelante en el presente documento.
La desconexión 98 rápida tiene una ranura 100 que aloja un pasador 102 del impulsor 84 de la herramienta de carga frontal. El pasador 102 bloquea la desconexión 98 rápida para el impulsor 100 de la herramienta de carga frontal. El pasador 102 puede liberarse bajando una palanca 104 desviada por resorte. La desconexión 98 rápida tiene un pistón 106 que está unido a la varilla 92 de la herramienta y en contacto con un pistón 108 de salida de un captador 110 dinamométrico situado dentro del impulsor 84 de la herramienta de carga frontal.
El captador 110 dinamométrico se monta a una tuerca 112 de tornillo de avance. La tuerca 112 de tornillo de avance está acoplada a un tornillo 114 de avance que se extiende desde una caja 116 de engranajes. La caja 116 de engranajes se acciona mediante un motor 118 reversible que está acoplado a un codificador 120. La totalidad del útil 80 final se hace girar por el engranaje 87 de tornillo sin fin accionado por motor.
En funcionamiento, el motor 118 del impulsor 84 de la herramienta de carga frontal recibe comandos de entrada desde el controlador 46 mediante cableado eléctrico, o un sistema transmisor/receptor y se activa, en consecuencia. El motor 118 hace girar el tornillo 114 de avance que mueve la tuerca 112 del tornillo de avance y el captador 110 dinamométrico de una manera lineal. El movimiento del captador 110 dinamométrico acciona el pistón 106 del acoplador y la varilla 92 de la herramienta, que hace girar el primer dedo 88. El captador 110 dinamométrico detecta la fuerza opuesta que se está aplicando a los dedos y proporciona una señal de retroacción de fuerza correspondiente al controlador 46.
El impulsor 84 de la herramienta de carga frontal puede cubrirse con un paño 124 quirúrgico estéril, de modo que el impulsor 84 de la herramienta no tenga que esterilizarse tras cada intervención quirúrgica. Adicionalmente, el conjunto 26 de brazo robótico se cubre preferiblemente con un paño 125 quirúrgico estéril de modo que tampoco tenga que esterilizarse. Los paños 124, 125 quirúrgicos sirven sustancialmente como medio para envolver el impulsor 84 de la herramienta de carga frontal y el conjunto 26 de brazo robótico. El paño 125 quirúrgico utilizado para envolver el conjunto 26 de brazo robótico se representa en mayor detalle en la figura 26. El paño 125 quirúrgico tiene un extremo 300 abierto sustancialmente en el que puede emplazarse el conjunto 26 de brazo robótico en el paño 125 quirúrgico. El paño 125 quirúrgico incluye adicionalmente un extremo 302 encerrado sustancialmente estrechado que separa eficazmente el conjunto 26 de brazo del entorno del quirófano. Una arandela 304 que tiene una pequeña abertura 306 formada a través de ella permite que un instrumento se acople al conjunto 26 de brazo mediante el mecanismo 45 de acoplamiento. La arandela 304 refuerza el paño 125 quirúrgico para garantizar que el paño 125 quirúrgico no se rasgue cuando el conjunto 26 de brazo se mueve alrededor. Esencialmente, el instrumento no puede envolverse en el paño 125 quirúrgico porque va a insertarse en el paciente 12. El paño 125 quirúrgico también incluye una pluralidad de cinta 308 que tiene adhesivo 310 dispuesto sobre ella. Al menos un trozo de la cinta 308 se dispone de manera opuesta a los otros trozos de cinta 308 para efectuar el cierre del paño 125 quirúrgico alrededor del conjunto 26 de brazo.
La figuras 8 y 8a muestran una realización preferida de un conjunto 130 de mango principal. El conjunto 130 de mango principal incluye un mango 132 principal que está acoplado a un brazo. El mango 132 principal puede estar acoplado al brazo 134 mediante un pasador 136 que se inserta en una ranura 138 correspondiente en el mango 132. El mango 132 tiene un botón 140 de control que el cirujano puede apretar. El botón 140 de control está acoplado a un interruptor 142 mediante un eje 144. El botón 140 de control corresponde al botón 58 de entrada mostrado en la figura 4, y activa el movimiento del útil final.
El mango 132 principal tiene un primer dispositivo 146 de agarre que está conectado sobre pivote a un segundo dispositivo 148 de agarre estacionario. La rotación del primer dispositivo 146 de agarre crea un movimiento lineal correspondiente de un eje 150 de mango. El eje 150 de mango mueve un eje 152 del dispositivo de agarre que está acoplado a un captador 154 dinamométrico mediante un cojinete 156. El captador 154 dinamométrico detecta la cantidad de presión que se está aplicando y proporciona una señal de entrada al controlador 46. El controlador 46 proporciona entonces una señal de salida para mover los dedos del útil final.
El captador 154 dinamométrico está montado a una tuerca 158 de tornillo de avance que está acoplado a un tornillo 160 de avance. El tornillo 160 de avance se extiende desde una caja 162 reductora que está acoplada a un motor 164 que tiene un codificador 166. El controlador 46 del sistema recibe la señal de retroacción de fuerza del captador 110 dinamométrico en el útil final y proporciona una señal de comando correspondiente al motor para mover el tornillo 160 de avance y aplicar una presión en el dispositivo de agarre de modo que el cirujano recibe la retroacción de fuerza con respecto a la fuerza que se está aplicando por el útil final. De esta manera, el cirujano tiene una "sensación" de funcionamiento del útil final.
El mango está unido a un alojamiento 168 giratorio que rota alrededor del cojinete 170. El alojamiento 168 giratorio está acoplado a un sensor 172 de posición mediante un conjunto 174 de engranaje. El sensor 172 de posición puede ser un potenciómetro que proporciona señales de retroacción de fuerza al controlador 46 que corresponden a la posición relativa del mango. Adicionalmente, puede emplearse un codificador óptico para este fin. Alternativamente, pueden utilizarse tanto un potenciómetro como un codificador óptico para proporcionar redundancia en el sistema. El movimiento de la placa rotatoria se traduce en un giro correspondiente del útil final mediante el controlador y el conjunto de brazo robótico.
El brazo 134 puede estar acoplado a un cojinete 176 lineal y a un sensor 178 de posición correspondiente que permite y detecta el movimiento lineal del mango. El movimiento lineal del mango se traduce en un movimiento lineal correspondiente del útil final mediante el controlador y el conjunto de brazo robótico. El brazo puede pivotar alrededor de los cojinetes 180, y detectarse por el sensor 182 de posición situado en una plataforma 184. La plataforma 184 puede rotar alrededor del cojinete 186 que tiene un sensor 188 de posición correspondiente. La rotación del brazo se tradu-
ce en el movimiento de pivote correspondiente del útil final mediante el controlador y el conjunto de brazo robótico.
Una mano humana tendrá un temblor natural que normalmente resuena entre 6-12 hercios. Para eliminar el movimiento de ajuste de compensación de los instrumentos quirúrgicos con el temblor de la mano, el sistema tiene un filtro que elimina por filtración cualquier movimiento de los mangos que pudiera producirse dentro del ancho de banda de frecuencia del temblor. En referencia a la figura 4, el filtro 184 puede filtrar señales análogas proporcionadas por los potenciómetros en un intervalo de frecuencia de entre 6-12 hercios. Alternativamente, pueden utilizarse un codificador óptico y un filtro digital para este fin.
Tal como se muestra en la figuras 9 y 10A-J, el sistema se utiliza preferiblemente para realizar una intervención quirúrgica cardiaca tal como un injerto de derivación de la arteria coronaria (IDAC). La intervención quirúrgica se realiza cortando inicialmente tres incisiones en el paciente e insertando los instrumentos 22 y 24 quirúrgicos y el endoscopio 26 a través de las incisiones. Uno de los instrumentos 22 quirúrgicos sujeta una aguja de sutura y un hilo adjunto cuando se inserta en la cavidad torácica del paciente. Si la arteria va a injertarse con un vaso secundario, tal como una vena safena, el otro instrumento 24 quirúrgico puede sujetar la vena mientras que el útil final del instrumento se inserta en el paciente.
La arteria mamaria interna (AMI) puede cortarse y moverse por uno de los instrumentos hasta una ubicación de injerto de la arteria coronaria. La arteria coronaria se corta para crear una abertura en la pared de la arteria de un tamaño que se corresponde con el diámetro de la AMI. La(s) incisión(es) pueden realizarse mediante una herramienta de corte que está acoplada a uno de los útiles finales y puede manipularse a distancia a través de un mango principal. Las arterias se sujetan para evitar un flujo de sangre desde las arterias mamaria y coronaria cortadas. El cirujano manipula el mango para mover la AMI adyacente a la abertura de la arteria coronaria. Aunque se muestra y se describe el injerto de la AMI, debe entenderse que pueden injertarse otros vasos tal como una vena safena cortada para realizar una operación de derivación de una obstrucción en la arteria coronaria.
En referencia a las figuras 10A-J, el cirujano mueve el mango para manipular el instrumento en la conducción de la aguja a través de la AMI y la arteria coronaria. El cirujano mueve entonces el instrumento quirúrgico para agarrar y tirar de la aguja a través de la arteria coronaria y del injerto, tal como se muestra en la figura 10B. Tal como se muestra en la figura 10C, los instrumentos quirúrgicos se manipulan entonces para realizar una sutura en la parte de atrás de una arteria de injerto. La aguja puede extraerse entonces de la cavidad torácica. Tal como se muestra en las figuras 10D-F, puede insertarse una nueva aguja e hilo en la cavidad torácica para suturar la parte delantera de la arteria de injerto a la arteria coronaria. Tal como se muestra en la figura 10H-J, pueden insertarse nuevas agujas y el cirujano manipula los mangos para crear suturas continuas desde la parte trasera hasta la parte delantera, y desde la parte delantera hasta la parte trasera. El movimiento graduado del instrumento quirúrgico permite que el cirujano mueva con precisión las suturas alrededor de la cavidad torácica. Aunque se ha mostrado y descrito una secuencia de injerto específica, debe entenderse que las arterias pueden injertarse con otras técnicas. En general, el sistema de la presente invención puede utilizarse para realizar cualquier intervención quirúrgica anastomótica mínimamente invasiva.
Tal como se describió anteriormente en el presente documento, el sistema puede incluir un impulsor 84 de la herramienta de carga frontal que recibe señales de control procedentes del controlador 46 en respuesta a un movimiento de un mango 50 ó 52 principal e impulsa la herramienta dispuesta en el extremo de un instrumento quirúrgico. Alternativamente, en el sistema 10 de la presente invención puede incorporarse un impulsor 200 de la herramienta de carga trasera, tal como se presenta en las figuras 11 y 11a. El impulsor 200 de la herramienta de carga trasera coopera con un instrumento 202 quirúrgico que se puede cargar por la parte trasera. La incorporación de tal impulsor 200 de la herramienta de carga trasera y del instrumento 202 acelera el cambio de la herramienta durante las intervenciones quirúrgicas, ya que las herramientas pueden retirarse del impulsor 200 de la herramienta y sustituirse por otras herramientas de una forma muy simple.
El impulsor 200 de la herramienta de carga trasera está unido a un conjunto 26 de brazo robótico mediante un collar y un soporte tal como se describió anteriormente en el presente documento. El impulsor de la herramienta de carga trasera incluye una cubierta 204 que tiene un extremo 206 proximal y un extremo 208 distal. La cubierta 204 puede estar formada de plástico o de algún otro material bien conocido que se utiliza en la construcción de instrumentos quirúrgicos. La cubierta 204 es esencialmente un tubo hueco que se ajusta a través del collar 85 y se tensa en su sitio mediante la herramienta tensora que se describió en más detalle anteriormente en el presente documento.
El instrumento 202 quirúrgico que se puede cargar por la parte trasera tiene un extremo 210 de herramienta y un extremo 212 de conexión. Una herramienta 214 quirúrgica, tal como un elemento de sujeción o alguna otra herramienta que puede impulsarse mediante un sistema de cable o varilla de empuje/arrastre, o una herramienta quirúrgica que no requiere tal rodillo o cable, tal como un coagulador o escalpelo harmónico, se dispone en el extremo 210 de herramienta del instrumento 202.
Un alojamiento 216 se dispone en el extremo 212 de conexión del instrumento 202. El alojamiento tiene una palanca 218 dispuesta interiormente en el alojamiento 216. La palanca 218 tiene un punto 220 de pivote que se establece utilizando un pasador que pasa a través de una abertura 222 asociada en la palanca. El pasador puede unirse a la pared 224 interior del alojamiento. Un cable o varilla 226 de empuje/arrastre, que se extiende a lo largo de la longitud del instrumento 202 está unido a la palanca 218, de manera que el movimiento de la palanca 218 alrededor del punto 220 de pivote da como resultado un movimiento lineal del cable o la varilla 226. Esencialmente, el cable o varilla 226 sirve como un medio 227 para accionar la herramienta 214 en el extremo 210 de herramienta del instrumento 202. El cable o varilla 226 puede unirse a la palanca mediante un pasador de conexión. La palanca 218 tiene forma de C, en la que los extremos de la palanca 218 sobresalen a través de dos aberturas 228, 230 en el alojamiento 216. Las aberturas 228, 230 están rodeadas preferiblemente por juntas 232 tóricas, cuyo fin se describirá en más detalle más adelante en el presente documento.
El extremo 210 de herramienta del instrumento 202 quirúrgico que se puede cargar por la parte trasera está emplazado en el tubo hueco del impulsor 200 de la herramienta de carga trasera. La herramienta 202 puede empujarse a través del impulsor de la herramienta hasta que el extremo 210 de herramienta se extiende más allá de la cubierta 204. Las juntas 232 tóricas se asientan en las aberturas 234, 236 asociadas en un alojamiento 238 del impulsor de la herramienta 200. El alojamiento tiene adicionalmente una abertura 240 formada centralmente por él, siendo la abertura coaxial con el interior del tubo hueco. De esta manera, el instrumento 202 quirúrgico puede insertarse en y a través del impulsor 200 de la herramienta. Cada una de las juntas 232 tóricas se asienta perfectamente en su abertura asociada en el alojamiento 238 del impulsor 200 de la herramienta.
El alojamiento 238 incluye adicionalmente un conjunto 242 de motor que se representa en la figura 11a. El conjunto 242 de motor está unido al alojamiento 238 y se sujeta firmemente en su sitio en él. El conjunto de motor incluye generalmente un motor 244 unido a un reductor 246. El motor impulsa un ala 248 unida en el extremo del mismo. El ala 248 se acopla a los extremos de la palanca 218 de manera que el movimiento de rotación del motor da como resultado el movimiento de la palanca 218 alrededor del punto 220 de pivote. Esto, a su vez, da como resultado el movimiento lateral del medio 227 para accionar la herramienta 214 en el extremo 210 de herramienta del instrumento 202. El motor se mueve en respuesta a los movimientos en un mango de control. Adicionalmente, pueden unirse sensores 248, 250 de fuerzas en los extremos del ala 248. Como tal, puede incorporarse un sistema de retroacción de fuerza para detectar la cantidad de fuerza necesaria para accionar la herramienta 214 en el extremo 210 de herramienta del instrumento 202. Alternativamente, el motor 244 puede tener un dispositivo 252 de retroacción de fuerza unido al mismo, que puede utilizarse de una manera similar.
Una ventaja de utilizar el impulsor 200 de la herramienta de carga trasera es que la cubierta 204 siempre permanece en el paciente 12. Como tales, las herramientas no tienen que realinearse, ni tampoco el conjunto 26 de brazo robótico cuando se sustituyen o intercambian las herramientas. La cubierta 204 conserva su posición con relación al paciente 12 se coloque o no un paso a su través.
El sistema 10 de la presente invención puede suministrarse adicionalmente con uno o dos grados de libertad adicionales en la punta de un instrumento. A modo de ejemplo, se describirán dos grados de libertad adicionales; sin embargo debe apreciarse también que puede incluirse sólo un grado de libertad. Para proporcionar los grados de libertad adicionales, y tal como se presenta en las figuras 13-16, puede incorporarse un instrumento 300 quirúrgico articulable en el presente. El instrumento 300 puede acoplarse al conjunto 26 de brazo mediante un collar y un soporte tal como se describió anteriormente en el presente documento. Con el fin de articular la punta del instrumento 300 articulable, debe emplearse un impulsor 500 de la herramienta de articulación. El impulsor 500 de la herramienta de articulación se describirá en más detalle más adelante en el presente documento. La aplicación modelo debe tener dos grados de libertad adicionales añadidos a la misma para probar los controles para la articulación en la punta del instrumento 300. La figura 25 representa un diagrama esquemático de la aplicación modelo alternativa que incluye los dos grados de libertad adicionales. Tal como se describe más adelante en el presente documento, los dos grados de libertad adicionales se planean para la parte articulable del instrumento 300. Los dos ejes adicionales en la aplicación modelo se denominan Jm6 y Jm7.
Mediante la incorporación del instrumento 300 articulable y del impulsor 500 de la herramienta de articulación y los grados de libertad adicionales en la aplicación modelo, pueden llevarse a cabo maniobras difíciles de una manera más fácil.
Con referencia a las figuras 13-16, el instrumento 300 articulable incluye generalmente una varilla 302 alargada, una cubierta 304, y una herramienta 306. La herramienta puede ser un elemento de sujeción, una cuchilla de corte, un separador, un dispositivo de sutura, o alguna otra herramienta bien conocida utilizada en intervenciones quirúrgicas mínimamente invasivas. La figuras 27-30 muestran diversas herramientas que pueden emplazarse en el extremo distal del instrumento 300 quirúrgico articulable.
El instrumento 300 incluye una parte 301 articulable que tiene una parte 308 proximal, un enlace 310 de pivote y una parte 212 distal, cada una de las cuales se tratará en más detalle más adelante en el presente documento. Adicionalmente, el instrumento 300 incluye un medio 311 para articular la parte 301 articulable del instrumento 300 con respecto a la varilla 302 alargada. La inclusión de la parte 301 articulable proporciona dos grados de libertad adicionales en la punta del instrumento. También debe apreciarse que aunque la parte 301 articulable se describe como que incluye una parte proximal, un enlace de pivote y una parte distal, puede proporcionarse una pluralidad de partes intermedias montadas cada una entre sí mediante un enlace de pivote correspondiente.
Dispuestos entre y montados en cada una de la parte proximal y la parte distal respectivas y de cualquier parte intermedia que intervenga, hay enlaces 310 de pivote. El enlace 310 de pivote interconexiona con las partes proximal y distal de la parte articulable para proporcionar articulación a la punta del instrumento. Esencialmente, la cooperación de la parte proximal, el enlace de pivote y la parte distal sirve como una junta universal.
La varilla 302 alargada es preferiblemente hueca y está formada de acero inoxidable o plástico o algún otro material bien conocido que se pueda esterilizar. Dado que la varilla 302 es hueca, engloba y define un interior 314. La varilla 302 alargada tiene adicionalmente un extremo 316 proximal y un extremo 318 distal. El extremo 318 distal de la varilla 302 alargada no debe confundirse con la parte 312 distal de la parte 301 articulable del instrumento 300.
La parte 308 proximal de la parte 301 articulable puede estar formada de manera integrada con la varilla 302 alargada o puede estar unida a ella mediante soldadura, adhesivo o algún otro medio bien conocido por el experto en la técnica. Es preferible que la parte 308 proximal se forme de manera integrada con la varilla 302 alargada para garantizar suficiente estabilidad y durabilidad del instrumento 300. La parte 308 proximal de la parte 301 articulable comprende dos dedos 320, 322 teniendo cada uno una abertura 324, 326 formada a su través.
Un enlace 310 de pivote está montado a la parte 308 proximal mediante una pluralidad de pasadores 328 que pasan cada uno a través de una abertura asociada en un dedo colindante. El enlace 310 de pivote es generalmente un disco 330 plano que tiene una abertura 332 central que pasa a su través y cuatro aberturas 334, 336, 338, 340 separadas uniformemente en la periferia del disco 330. Adicionalmente, los pasadores 328 están unidos a y se extienden desde el borde 342. Los pasadores 328 se asientan en las aberturas de los dedos asociados para proporcionar la capacidad de articulación del instrumento 300. Cinco puntos 350, 352, 354, 356, 358 de conexión se extienden por el interior del eje hueco. Un punto 350 de conexión se extiende hacia abajo hacia el centro y pasa a través de la abertura 332 central en la articulación 310 de pivote. Dos, 352, 354, de los cinco puntos de conexión se extienden hacia abajo hacia el interior hueco del instrumento y se unen al enlace de pivote de manera que la tensión lineal en uno de los puntos de conexión da como resultado movimiento de rotación de la parte 301 de pivote. Estos dos puntos 352, 354 de conexión se unen al enlace de pivote en dos de las aberturas formadas a su través. Adicionalmente, se unen a aquellas aberturas que están adyacentes a los pasadores que pasan a través de los dedos de la parte 308 proximal de la parte 301 articulable del instrumento 300. Los otros dos puntos 356, 358 de conexión pasan a través de las otras dos aberturas en la articulación de pivote y se unen en el extremo distal de la parte 301 articulable. El movimiento de estos dos puntos de conexión da como resultado el movimiento de la parte 301 articulable que es ortogonal al movimiento cuando se mueven los otros dos puntos 352, 354 de conexión.
Para articular el instrumento como parte del presente sistema, y tal como se presenta en las figuras 17-24, se proporciona un mecanismo 400 de articulación. El mecanismo 400 de articulación comprende generalmente el impulsor 500 de la herramienta de articulación, un acoplador 600 estéril, un traductor 700 y la herramienta 300 articulable.
El traductor está unido al extremo 316 proximal del instrumento 300. El instrumento 300 puede tener adicionalmente una herramienta 420 extraíble, tal como se muestra en las figuras 18-19. La herramienta 420 extraíble puede ser cualquier herramienta, tal como un elemento 422 de corte que está unido a un cable o varilla 424 alargada. En el extremo de la varilla 246 se dispone una sección 428 plana con una abertura 430 formada a su través. La sección 428 plana se asienta en un canal 432 dispuesto en el extremo de un segundo cable o varilla 434 que se desplaza hacia abajo del eje alargado del instrumento 300. El segundo cable 434 tiene un canal 432 formado en el extremo del mismo, de manera que la sección 428 plana se asienta en el canal 432. Al menos un bloqueador 436 desviado por resorte se asienta en la abertura 430 dispuesta a través de la sección 428 plana. Esto conecta la herramienta 420 al resto del instrumento 300. Como tal, las herramientas pueden intercambiarse en la punta del instrumento sin tener que extraer el instrumento del sistema 10 cada vez que se requiere una nueva herramienta.
La herramienta 300 está unida al traductor 700 y esencialmente está formada de manera integrada con ella. El mecanismo 400 de articulación está unido al conjunto 26 de brazo robótico mediante el collar 85, tal como se describió anteriormente en el presente documento. El collar 85 se fija alrededor del eje 302 del instrumento 300.
El traductor 700 tiene un extremo 702 proximal y un extremo 704 distal. El extremo 704 distal del traductor 700 tiene una forma de sección transversal que es sustancialmente similar a la forma de sección transversal de la varilla 302 alargada del instrumento 300. Adicionalmente, el traductor 700 tiene un interior 706 hueco. La varilla 350 central se extiende a través del interior 706 hueco del traductor 700 y emerge en el extremo 702 proximal del mismo. Dos de los puntos 352, 354 de conexión terminan en el interior del traductor en dos salientes 708, 710 que están unidos a un primer tubo 712 hueco a través del cual se extiende el punto 350 de conexión central. El primer tubo 712 hueco puede estar formado de algún material duradero resistente, tal como acero inoxidable, acero, plástico duro o similares.
El primer tubo 712 hueco está montado a un cojinete 714, de manera que puede hacerse rotar. La rotación del primer tubo 712 hueco da como resultado el movimiento lineal de los puntos 352, 254 de conexión y la articulación de la parte 301 articulable del instrumento 300 en un plano del movimiento.
Un segundo tubo 716 hueco tiene un par de salientes 718, 719 que se extienden desde él. Dos puntos 356, 358 de conexión están unidos a cada uno de los salientes 718, 719. El tubo 716 hueco se dispone dentro de un conjunto 720 de cojinete, de manera que pueda hacerse rotar. De nuevo, la rotación del segundo tubo 716 hueco da como resultado el movimiento lineal de los puntos 356, 358 de conexión, lo que articula la parte 301 articulable del instrumento 300 en un plano ortogonal, el plano de movimiento establecido a través de la rotación del primer tubo hueco. Debe apreciarse que el segundo tubo 714 hueco rodea radialmente el primer tubo 712 hueco. El traductor 700 incluye adicionalmente una desconexión 722 rápida que comprende un pasador 724 dispuesto en el extremo de una palanca 726 desviada por resorte que proporciona la unión de manera que se pueda extraer del traductor 700 al acoplador 600 estéril. Ambos tubos 712 y 716 huecos pueden tener muescas 750 formadas en ellos en sus extremos. Las muescas sirven como un medio 752 para interconectar cada uno de los tubos al acoplador 600 estéril, lo que se tratará en más detalle más adelante en el presente documento.
El traductor 700 está unido de manera que se pueda extraer al acoplador 600 estéril mediante la desconexión 722 rápida. Debido a que el impulsor 500 de la herramienta de articulación no se esteriliza fácilmente, es ventajoso incluir un acoplador 600 estéril, de modo que los instrumentos pueden intercambiarse sin tener que esterilizar el impulsor 500 de la herramienta de articulación. Adicionalmente, el acoplador 600 proporciona un medio por el que el traductor 700 puede unirse al impulsor 500 de la herramienta mientras que el impulsor de la herramienta está encerrado en un paño 125 quirúrgico, tal como se representa en la figura 26. El traductor 600 tiene un alojamiento 610. Preferiblemente, el alojamiento y los componentes del acoplador 600 están formados de alguna materia fácilmente esterilizable, tal como acero inoxidable, plásticos u otros materiales esterilizables bien conocidos. El alojamiento 610 tiene un interior 612 sustancialmente hueco y extremos 614 y 616 abiertos. Dos tubos 618 y 620 huecos se disponen rotativamente dentro del alojamiento 610. Para efectuar la rotación de cada uno de los tubos 618 y 620, se disponen cojinetes 622 y 624 alrededor de cada uno de los tubos. Cada uno de los tubos tiene muescas 626 formadas en los extremos de los mismos, para efectuar así la unión del traductor 700 al acoplador 600 en un extremo. Y para efectuar la unión del acoplador 600 al impulsor 500 de la herramienta de articulación en el otro extremo del mismo.
El pasador 724 en el traductor puede asentarse en una muesca 628 para unir el traductor 700 al acoplador 600. Adicionalmente, el acoplador 600 puede incluir un pasador 630 unido a un pivote 632 desviado por resorte para efectuar la unión del acoplador al impulsor 500. El acoplador 600 incluye adicionalmente una sección 634 central que recibe de manera deslizable el extremo 351 en el cable o varilla 350 central. El extremo 351 puede incluir una punta con una hendidura 353 circunferencial dispuesta alrededor del mismo. La punta se asienta en un rebaje 636 formado en la sección 634 central y está bloqueada en su sitio de manera que se pueda extraer mediante al menos un bloqueador 638 desviado por resorte. Una punta 640, que es sustancialmente similar a la punta que contiene la hendidura 353 circunferencial se dispone adyacente al rebaje 636 y sirve para unir el cable 350 central al impulsor 500 de la herramienta de articulación, lo que se tratará en mayor detalle más adelante en el presente documento.
La sección 634 central está destinada a deslizarse lateralmente dentro del tubo 618 más interno. Para efectuar tal movimiento de deslizamiento, puede disponerse un cojinete lineal alrededor de la sección central en el interior del tubo más interno. Alternativamente, la sección 634 central puede estar formada de un material de cojinete que proporciona deslizamiento suave dentro del tubo 618 más interno.
El acoplador 600 se puede unir de manera que se pueda extraer al impulsor 500 de la herramienta de articulación. Se pretende que el impulsor de la herramienta de articulación quede encerrado mediante un paño 125 quirúrgico. El impulsor 500 de la herramienta de articulación incluye un alojamiento 502 sustancialmente hueco que tiene un primer extremo 504 cerrado y un segundo extremo 504 sustancialmente abierto. Dispuesto de manera segura en el interior del alojamiento 502 hay un motor 506 del dispositivo de agarre, y un par de motores 508 y 510 de movimiento de muñeca. Cada uno de los motores está en conexión eléctrica con el controlador 46. Alternativamente, los motores pueden recibir señales procedentes del controlador mediante un sistema transmisor/receptor, en el que tales sistemas son bien conocidos. Es la aplicación de tal sistema transmisor/receptor a la presente invención lo que es nuevo. El motor 506 del dispositivo de agarre está unido a una tuerca 510 de carga que rodea a un tornillo 512 de carga. El motor 506 recibe las señales de control y devuelve la respuesta. La tuerca 510 de carga gira, lo que mueve lateralmente el tornillo 512 de carga. El tornillo 512 de carga está unido a un captador 514 dinamométrico que puede emplearse para medir la fuerza requerida para mover lateralmente el cable 350 que está unido mediante el acoplador 600 al motor 506 del dispositivo de agarre. Esto puede utilizarse en un sistema de retroacción de fuerza que puede incorporarse en el sistema 10 de la presente invención. Una varilla 516 que tiene un canal 518 formado en el extremo de la misma, está unida al captador 514 dinamométrico. Como tal, la varilla 516 se mueve de una forma lineal. La punta 640 del acoplador 600 se asienta en el canal 518 y se sujeta en su sitio de manera que se pueda extraer mediante al menos un bloqueador desviado por resorte o algún otro mecanismo 520 de unión similar. Por tanto, si un cirujano en un mango principal acciona los dispositivos de agarre, el motor 506 del dispositivo de agarre gira, moviendo así lateralmente la varilla 516, y a su vez, el cable 350 central que abre y cierra los dispositivos de agarre en la herramienta en consecuencia. Naturalmente, la acción en la herramienta dependerá del tipo de herramienta dispuesta en ella. Por ejemplo, si se dispone una
herramienta de grapado en el extremo del instrumento 300 quirúrgico, entonces tendría lugar una acción de grapado.
Si se hacer girar un mango 50 ó 52 principal alrededor de los ejes J6 o J7, entonces gira uno de los dos motores 510, 508 de movimiento de que corresponden al movimiento requerido. Cada uno de los motores 508, 510 está unido a un engranaje 522, 524 correspondiente. Cada uno de los engranajes 522, 524 se engrana a una sección 530, 532 ranurada correspondiente de un tubo 526, 528 hueco asociado para hacer girar el tubo asociado radialmente alrededor de su eje longitudinal. Cada uno de los tubos 526, 528 incluye extremos 534, 536 con muescas para engranar los extremos con muescas a los tubos huecos correspondientes del acoplador 600. Debe apreciarse que cada uno de los tubos 526, 528, 618 y 620 huecos son todos coaxiales. Adicionalmente, pueden emplazarse cojinetes entre medias de cada uno de los tubos 526 y 528 para proporcionar la capacidad de rotación independiente y fácil de los tubos individuales.
Cuando los tubos 526, 528 se hacen rotar, rotan los tubos en el acoplador que hace rotar los tubos en el traductor. Esto da como resultado la articulación en la punta del instrumento 300 quirúrgico. Más particularmente, esto da como resultado la articulación de la parte articulable del instrumento 300 quirúrgico. Adicionalmente, ya se emplee el impulsor de la herramienta de carga frontal, el impulsor de la herramienta de carga trasera, o el impulsor de la herramienta de articulación, los instrumentos quirúrgicos pueden intercambiarse fácilmente.
Como tal, una cuchilla 800 de corte puede intercambiarse por un elemento de sujeción, y un elemento de sujeción puede intercambiarse por un dispositivo 810 de grapado. Esencialmente, tal sistema simplifica el rendimiento de las intervenciones quirúrgicas mínimamente invasivas, en las que la intervención quirúrgica incluye la etapa de cambiar una herramienta por otra. Y dado que el sistema permite la articulación en la punta de determinados instrumentos, el mecanismo de articulación puede utilizarse para articular tales instrumentos de grapado o corte que incorporan la parte articulable tal como se describió anteriormente en el presente documento.
Adicionalmente, el instrumento puede no ser un instrumento articulable, sino que el mecanismo de articulación puede utilizarse para controlar otras funciones, tales como el grapado. La figura 27 representa un instrumento 810 de grapado unido al conjunto de brazo robótico mediante el collar 85 y el soporte 86. El punto de conexión que se utiliza generalmente para la herramienta de agarre, puede utilizarse para efectuar el mecanismo de grapado. Los dispositivos de grapado endoscópicos son generalmente bien conocidos en la técnica, sin embargo, hasta ahora se conoce el uso de un dispositivo de grapado que está unido a un brazo robótico, tal como se describe en el presente documento.
Adicionalmente, una cuchilla de corte, tal como la representada en la figura 28 puede emplearse en el sistema de la presente invención. La cuchilla 800 de corte está unida al conjunto 26 de brazo robótico mediante el collar 85 y el soporte 86. La cuchilla de corte no requiere un punto de conexión, tal como la requerida por el elemento de sujeción o el dispositivo de grapado; sin embargo, la herramienta de corte puede estar articulada mediante el mecanismo de articulación que se ha descrito anteriormente en el presente documento.
Un cauterizador o coagulador pueden estar unidos adicionalmente al conjunto 26 de brazo robótico mediante el collar 85 y el soporte. Los cauterizadores y los coaguladores son bien conocidos y la herramienta de cauterización puede estar unida en el extremo de un instrumento articulable, tal como se describió anteriormente en el presente documento. Mediante el uso de una variedad de herramientas en secuencias predeterminadas, pueden llevarse a cabo varias intervenciones quirúrgicas. Generalmente es preferible poder cambiar los instrumentos porque muchas intervenciones quirúrgicas lo requieren.
Aunque se han descrito y mostrado determinadas realizaciones ejemplo en los dibujos adjuntos, debe entenderse que tales realizaciones son meramente ilustrativas y no restrictivas de la invención, y que esta invención no está limitada por las construcciones y disposiciones específicas mostradas y descritas, puesto que los expertos habituales en la técnica pueden realizar otras diversas modificaciones.

Claims (30)

1. Sistema (10) que permite a un cirujano realizar una intervención quirúrgica en un paciente, que comprende:
un primer brazo (16) articulado que tiene un primer útil final;
un primer dispositivo (50) de entrada que puede moverse un incremento espacial del primer dispositivo de entrada por el cirujano para crear un primer comando de entrada; y
un controlador (46) que está acoplado a dicho primer dispositivo de entrada y dicho primer brazo articulado, estando dicho controlador adaptado para recibir dicho primer comando de entrada procedente de dicho primer dispositivo de entrada y para proporcionar un primer comando de salida a dicho primer brazo articulado para mover dicho primer útil final un incremento espacial del primer útil final, en el que dicho controlador está adaptado para graduar dicho primer comando de entrada de modo que el incremento espacial del primer dispositivo de entrada es diferente del incremento espacial del primer útil final;
caracterizado porque dicho controlador tiene un filtro adaptado para eliminar por filtración los primeros comandos de entrada que corresponden a un temblor de la mano del cirujano.
2. Sistema según la reivindicación 1, que comprende además un segundo brazo (18) articulado que tiene un segundo útil final, y un segundo dispositivo (52) de entrada que puede moverse un incremento espacial del segundo dispositivo de entrada por el cirujano para crear un segundo comando de entrada, estando adaptado dicho controlador (46) para recibir dicho segundo comando de entrada procedente de dicho segundo dispositivo de entrada y para proporcionar un segundo comando de salida a dicho segundo brazo articulado para mover dicho segundo útil final un incremento espacial del segundo útil final, en el que dicho controlador está adaptado para graduar dicho segundo comando de entrada de modo que el incremento espacial del segundo dispositivo de entrada es diferente del incremento espacial del segundo útil final.
3. Sistema según la reivindicación 2, que comprende además un tercer brazo (20) articulado que sostiene un endoscopio (28), y un tercer dispositivo (48) de entrada que está adaptado para recibir una instrucción del cirujano y generar un tercer comando de entrada en respuesta a la instrucción, estando adaptado dicho controlador para recibir dicho tercer comando de entrada y para proporcionar un tercer comando de salida a dicho tercer brazo articulado para mover el endoscopio (28).
4. Sistema según la reivindicación 1, en el que dicho primer dispositivo de entrada es un mango (50) principal adaptado para moverse por el cirujano, teniendo además dicho dispositivo de entrada un botón de entrada acoplado a dicho controlador (46) para activar dicho primer brazo (16) articulado para permitir que dicho primer útil final se mueva junto con un movimiento de dicho mango principal y para desactivar dicho primer brazo articulado de modo que dicho primer útil final permanezca inmóvil cuando dicho mango principal se mueve por el cirujano.
5. Sistema según la reivindicación 4, en el que dicho mango principal puede pivotar alrededor de un punto de pivote principal.
6. Sistema según la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo de entrada tiene un primer sensor de posición para proporcionar una primera señal de posición de entrada y un segundo sensor de posición para proporcionar una segunda señal de posición de entrada, en el que dicho controlador está adaptado para proporcionar un primer factor de graduación para dicha primera señal de posición de entrada y un segundo factor de graduación para dicha segunda señal de posición de entrada.
7. Sistema según la reivindicación 1, en el que dicho primer brazo articulado rota alrededor de un punto de pivote situado en una incisión del paciente.
8. Sistema según la reivindicación 1, en el que el primer brazo (16) articulado tiene una articulación (42) pasiva que está acoplada a un primer útil final que se puede insertar en una incisión, en el que la incisión define un primer punto de pivote para dicho primer útil final, y en el que dicho primer comando de salida proporcionado por dicho controlador está adaptado para efectuar el movimiento de dicho primer útil final con relación al primer punto de pivote.
9. Sistema según la reivindicación 8, que comprende además un segundo brazo (18) articulado que tiene un segundo útil final, y un segundo dispositivo (52) de entrada adaptado para crear un segundo comando de entrada en respuesta a una instrucción del cirujano, estando adaptado dicho controlador (46) para recibir dicho segundo comando de entrada procedente de dicho segundo dispositivo de entrada y para proporcionar un segundo comando de salida a dicho segundo brazo articulado para mover dicho segundo útil final alrededor de un segundo punto de pivote situado en una segunda incisión del paciente.
10. Sistema según la reivindicación 9, que comprende además un tercer brazo (20) articulado que sostiene un endoscopio (28), y un tercer dispositivo (48) de entrada adaptado para recibir una instrucción del cirujano y generar un tercer comando de entrada en respuesta a la instrucción, estando adaptado dicho controlador (46) para recibir dicho tercer comando de entrada y para proporcionar un tercer comando de salida a dicho tercer brazo articulado para mover el endoscopio alrededor de un tercer punto de pivote situado en una tercera incisión del paciente.
11. Sistema según la reivindicación 10, en el que dicho primer dispositivo de entrada es un mango (50) principal adaptado para moverse por el cirujano.
12. Sistema según la reivindicación 1, que comprende además un segundo brazo (18) articulado que tiene un segundo útil final y un segundo dispositivo (52) de entrada que puede moverse un incremento espacial del segundo dispositivo de entrada por el cirujano para crear un segundo comando de entrada, teniendo dicho segundo dispositivo de entrada un segundo botón de entrada que puede apretarse por el cirujano, estando adaptado dicho controlador (46) para recibir dicho segundo comando de entrada procedente de dicho segundo dispositivo de entrada y para proporcionar un segundo comando de salida a dicho segundo brazo articulado para mover dicho segundo útil final cuando se aprieta dicho segundo botón de entrada.
13. Sistema según la reivindicación 12, que comprende además un tercer brazo (20) articulado que sostiene un endoscopio (28), y un tercer dispositivo (48) de entrada adaptado para recibir una instrucción del cirujano y que genera un tercer comando de entrada en respuesta a la instrucción, estando adaptado dicho controlador (46) para recibir dicho tercer comando de entrada y para proporcionar un tercer comando de salida a dicho tercer brazo articulado para mover el endoscopio (28).
14. Sistema según la reivindicación 12, en el que dicho primer dispositivo de entrada incluye un mango principal que puede pivotar alrededor de un punto de pivote principal.
15. Sistema según la reivindicación 8 ó 12, en el que dicho primer dispositivo de entrada es un mango (50) principal adaptado para moverse por el cirujano, teniendo además dicho dispositivo de entrada un botón de entrada que está acoplado a dicho controlador para activar dicho primer brazo articulado para mover dicho primer útil final junto con un movimiento de dicho mango principal y para desactivar dicho primer brazo articulado de modo que dicho primer útil final permanezca inmóvil cuando dicho mango principal se mueve por el cirujano.
16. Sistema según las reivindicaciones 1, 8 ó 12, en el que dicho primer útil final tiene un sensor de fuerza y dicho primer dispositivo de entrada tiene un accionador que está acoplado a dicho sensor de fuerza para aplicar una fuerza al cirujano que corresponde a una fuerza detectada por dicho sensor de fuerza.
17. Sistema según la reivindicación 16, en el que la fuerza aplicada al cirujano es un incremento graduado de la fuerza detectada por dicho sensor de fuerza.
18. Sistema según la reivindicación 11 ó 14, en el que dicho primer útil final está adaptado para moverse un incremento graduado de un movimiento de dicho mango principal.
19. Sistema según la reivindicación 1, 8 ó 12, en el que dicho primer brazo (16) articulado incluye un instrumento quirúrgico (22) que está acoplado a un brazo (26) robótico mediante un acoplador (45) estéril.
20. Sistema según la reivindicación 19, en el que dicho brazo (26) robótico está encerrado por una bolsa (45) estéril.
21. Sistema según la reivindicación 12, en el que dicho primer brazo articulado está adaptado para rotar alrededor de un punto de pivote situado en una incisión del paciente.
22. Sistema según la reivindicación 21 en el que dicho primer brazo articulado tiene un par de articulaciones (40, 42) pasivas.
23. Sistema según la reivindicación 1, que comprende además:
un acoplador extraíble que se une sobre pivote al brazo; y
un instrumento quirúrgico endoscópico que se sostiene mediante dicho acoplador, teniendo el instrumento quirúrgico endoscópico dicho útil final.
24. Sistema según la reivindicación 23, en el que dicho acoplador se une de manera extraíble a dicho primer brazo articulado.
25. Sistema según la reivindicación 23, en el que dicho instrumento quirúrgico endoscópico es un instrumento quirúrgico endoscópico articulable.
26. Sistema según la reivindicación 25, en el que el instrumento quirúrgico articulable comprende una base, un enlace de pivote y un extremo distal.
\newpage
27. Sistema según la reivindicación 26, en el que un movimiento en el controlador da como resultado el movimiento correspondiente del extremo distal del instrumento quirúrgico articulable con relación a la base del instrumento quirúrgico articulable.
28. Sistema según la reivindicación 23, en el que el acoplador tiene una abertura formada a su través.
29. Sistema según la reivindicación 27, en el que la herramienta unida en el extremo distal del instrumento quirúrgico articulable es un dispositivo de grapado.
30. Sistema según la reivindicación 27, en el que la herramienta unida en el extremo distal del instrumento quirúrgico articulable es un cauterizador.
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